Conforme previsto pela teoria da relatividade geral de Albert Einstein, um objeto massivo como a Terra distorce o espaço-tempo ao seu redor como uma bola de boliche jogada de um trampolim. 

Esta ilustração mostra as ondas gravitacionais que se pensa serem produzidas por duas estrelas anãs brancas em órbita em um sistema binário chamado J0651, de acordo com um estudo de agosto de 2012. Crédito da imagem: NASA

Quanto maior o objeto, mais o espaço-tempo é distorcido por esse objeto. Se uma bola de gude estivesse circulando ao redor da bola de boliche do trampolim com covinhas, a bola cairia para dentro, em direção à bola de boliche, como uma rocha no espaço circulando um planeta. As ondas gravitacionais são ondulações no espaço-tempo que viajam para fora de uma fonte.

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Os cientistas pensam que ondas gravitacionais poderosas são criadas quando dois objetos extremamente densos, como duas estrelas de nêutrons, dois buracos negros ou um buraco negro e uma estrela de nêutrons - orbitam um ao outro em pares binários. A interação desses dois objetos gira o espaço-tempo, criando ondulações que teoricamente podem ser medidas usando instrumentos poderosos. No século 20, os pesquisadores encontraram evidências indiretas da existência de ondas gravitacionais (ou seja, os pesquisadores não detectaram as ondas diretamente, mas observaram os efeitos dessas ondas), mas nenhuma detecção direta foi feita.

Crédito: Karl Tate, Infographics Artist

As ondas gravitacionais são diferentes das ondas de gravidade, que são ondulações criadas na atmosfera dos planetas pelas interações dos ventos que açoitam as características geológicas da superfície do planeta. 

A primeira detecção

Em 2016, o Advanced LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) anunciou a primeira detecção direta de ondas gravitacionais. A descoberta foi recebida com entusiasmo pelo público em geral e pela comunidade científica.

A equipe do LIGO anunciou a detecção de um segundo sinal de onda gravitacional em junho de 2016; o par de instrumentos detectou o sinal em 26 de dezembro de 2015. O observatório anunciou uma terceira detecção em junho de 2017 e uma quarta detecção em setembro de 2017. Os primeiros quatro sinais de ondas gravitacionais detectados pelo LIGO foram todos criados por pares de buracos negros em colisão.

A quarta detecção foi significativa porque também foi detectada pelo detector de ondas gravitacionais de Virgo, na Itália. Virgo é uma colaboração entre o Centro Nacional de Pesquisa Científica (CNRS) da França e o Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) da Itália. 

Todos os buracos negros detectados pelo LIGO têm menos de 50 vezes a massa do Sol e estão longe de ser os maiores buracos negros já detectados. O buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea pesa mais de 4 milhões de vezes a massa do sol. Os buracos negros de massa intermediária são mais difíceis de esclarecer do que seus irmãos maiores, disseram os cientistas.

" As massas solares de 29 e 30 ou mais são uma surpresa incomum. Se você olhar para a maioria das estrelas binárias na galáxia [Via Láctea], dada a composição das estrelas, não esperamos buracos negros dessa massa." disse Vicky Kalogera, uma cientista de buraco negro e membro da equipe LIGO, logo após a primeira descoberta.

"A massa mais alta nos diz que esses buracos negros binários se formaram a partir de um ambiente particular [com uma] metalicidade que é diferente da metalicidade [do sol]", disse ela.

À medida que o LIGO e o Virgo continuam a estudar o espaço-tempo e mais detectores ficam online (como proposto pela Índia), os cientistas vão melhorar sua compreensão dos buracos negros intermediários e pares de buracos negros. 

"Para cada combinação de massas e giros de buracos negros, você obtém um [sinal] diferente", disse a porta-voz do LIGO, Gabriela Gonzalez, durante a 228ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em San Diego em junho de 2016.

Em 2012, o professor emérito de física do California Institute of Technology Kip Thorne, um dos principais proponentes do LIGO, previu que o instrumento revelaria uma abundância de ondas gravitacionais à medida que os pesquisadores continuassem a melhorar os instrumentos e aumentar sua sensibilidade. 

"Esperamos ver buracos negros colidindo a uma taxa de algo entre uma vez por hora e uma vez por ano", disse Thorne.

Inflação cósmica

Crédito: Colaboração BICEP2

Em 2014, os cientistas com o experimento Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2 (BICEP2) anunciaram que encontraram um sinal fraco na radiação cósmica de fundo (CMB) que parecia evidência de ondas gravitacionais criadas no início do universo. Segundo os pesquisadores, essa descoberta teria sido uma evidência "arma fumegante" para a hipótese da inflação cósmica, que postula que logo após o Big Bang (13,8 bilhões de anos atrás), o universo passou por um período de expansão incrivelmente rápida. Essa expansão teria produzido ondulações na CMB, a névoa cósmica que enche o universo e representa a radiação detectável mais antiga. 

Infelizmente, o sinal detectado pelo BICEP2 também poderia ser explicado pela poeira na Via Láctea, e os pesquisadores posteriormente retiraram a alegação de que haviam detectado ondas gravitacionais.

Crédito: Colaboração BICEP2

A radiação CMB passou a existir cerca de 380.000 anos após o Big Bang. Os cientistas mapearam o CMB no céu e descobriram que é uma temperatura uniforme, evidência que sustenta a teoria da inflação cósmica.

"Por que a temperatura de micro-ondas cósmica de fundo é a mesma em diferentes pontos do céu, seria um mistério se não fosse pela inflação dizendo, bem, todo o nosso céu veio desta pequena região", Chuck Bennett, investigador principal da Wilkinson Microwave Anisotropy A missão Probe (WMAP), disse em 2013. "Então, a ideia da inflação ajuda a responder alguns desses mistérios e explica de onde essas flutuações vieram."

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Referência:

COFIELD, Calla. Gravitational Waves: Ripples in Spacetime. Space, Nova York, 15, out. 2017. References. Disponível em: <https://www.space.com/25088-gravitational-waves.html>. Acesso em: 24, abr. 2021.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.